DESAIN TAHAN GEMPA STRUKTUR RANGKA BAJA PENAHAN MOMEN KHUSUS BERDASARKAN TATA CARA PERENCANAAN STRUKTUR BAJA UNTUK BANGUNAN GEDUNG SNI 03 1729 2002 DAN TATA CARA PERENCANAAN KETAHANAN GEMPA UNTUK BANGUNAN GEDUNG SNI 03 1726 2002 Denley Martin Sudewo NRP : 9921010 Pembimbing : Djoni Simanta., Ir.,MT FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA BANDUNG ABSTRAK Salah satu bahan untuk struktur bangunan, disamping beton dan kayu adalah baja. Baja mempunyai beberapa sifat yang menguntungkan dibanding beton, sehingga baja banyak digunakan sebagai bahan bangunan. Indonesia merupakan daerah gempa aktif, jadi struktur rangka baja juga harus dihitung agar dapat menahan beban yang dihasilkan gempa.dalam penulisan tugas akhir ini, dibahas mengenai struktur rangka baja penahan momen khusus, berupa perhitungan seperti perbandingan momen kolom terhadap momen balok apakah memenuhi persyaratan strong column weak beam dan perhitungan tebal Doubler Plate. Dari hasil pendesainan struktur rangka baja pada tugas akhir ini disimpulkan bahwa struktur tersebut memenuhi persyaratan strong column weak beam dan kolom sudah cukup kuat sehingga tidak perlu tambahan doubler plate iii
DAFTAR ISI Halaman SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR i SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR..ii ABSTRAK...iii PRAKATA......iv DAFTAR ISI....vi DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN. x DAFTAR GAMBAR.....xiv DAFTAR LAMPIRAN.. xv DAFTAR TABEL....xvi BAB 1 PENDAHULUAN..1 1.1 Latar Belakang..1 1.2 Tujuan Penulisan 2 1.3 Ruang Lingkup Pembahasan.2 1.4 Sistematika Pembahasan...3 BAB 2 KRITERIA DESAIN TAHAN GEMPA MENURUT TATA CARA PERENCANAAN KETAHANAN GEMPA UNTUK BANGUNAN GEDUNG MENURUT (SNI 03 1726 2002).. 4 2.1 Gempa Rencana dan Kategori Gedung.4 2.2 Wilayah Gempa dan Spektrum Respons...6 2.3 Beban Gempa Nominal Statik Ekuivalen 10 2.4 Ketentuan untuk analisis respon dinamik...11 2.5 Analisis Ragam Spektrum Respons 12 vi
2.6 Kinerja Batas Layan 14 BAB 3 KRITERIA DESAIN SISTEM RANGKA BAJA PEMIKUL MOMEN KHUSUS..15 3.1 PenjelasanSingkat Mengenai Sistem Rangka Baja Pemikul Momen Khusus.15 3.2 Sambungan Balok-ke- Kolom 16 3.3 Daerah Panel pada Sambungan Balok-ke-Kolom...18 3.4 Batasan-batasan Terhadap Balok Dan Kolom 19 3.5 Perbandingan momem kolom terhadap momen balok 20 3.6 Perhitungan Tebal Doubler Plate.22 BAB 4 STUDI KASUS...28 4.1 Data Struktur.. 28 4.2 Ringkasan Struktural...29 4.3 Pembebanan....29 4.4 Kombinasi Pembebanan. 30 4.5 Dimensi Balok, Kolom, Balok anak dan Ukuran Bondek.....30 4.6 Pemodelan Struktur.31 4.7 Analisis Kinerja Batas Layan...33 BAB 5 ANALISIS KASUS....37 5.1 Analisis Balok dan Kolom..37 5.1.1 Analisis Balok B29 Lantai 2.39 5.1.2 Analisis Balok B30 Lantai 2.48 5.1.3 Analisis Balok B29 Lantai 5.57 5.1.4 Analisis Balok B30 Lantai 5 66 vii
5.1.5 Analisis Balok B29 Atap..75 5.1.6 Analisis Balok B30 Atap..84 5.1.7 Analisis Kolom C4 Lantai 2....93 5.1.8 Analisis Kolom C13 Lantai 2....108 5.1.9 Analisis Kolom C18 Lantai 2.123 5.1.10 Analisis Kolom C4 Lantai 5 138 5.1.11 Analisis Kolom C13 Lantai 5...153 5.1.12 Analisis Kolom C18 Lantai 5...168 5.2 Tabel Hasil-hasil Perhitungan Balok dan Kolom..183 5.2.1 Perhitungan Pu balok.....183 5.2.2 Perhitungan Vux Balok..189 5.2.3 Perhitungan Vuy Balok..195 5.2.4 Perhitungan Mux Balok.201 5.2.5 Perhitungan Muy Balok.206 5.2.6 Perhitungan Pu kolom...211 5.2.7 Perhitungan Vux kolom.213 5.2.8 Perhitungan Vuy kolom.215 5.2.9 Perhitungan Mux kolom.217 5.2.10 Perhitungan Muy kolom..219 5.2.11 Output Balok As 3...221 5.2.12 Output kolom As 3..222 5.3 Kesimpulan Pembahasan..223 BAB 6 KESIMPULAN DAN SARAN.....225 6.1 Kesimpulan 225 viii
6.2 Saran...226 DAFTAR PUSTAKA... 227 LAMPIRAN...228 ix
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Faktor Keutamaan I untuk berbagai kategori gedung dan bangunan [1].5 Tabel 2.2 Percepatan puncak batuan dasar dan percepatan puncak muka tanah untuk masing-masing Wilayah Gempa Indonesia. [1] 6 Tabel 2.3 Spektrum respons gempa rencana [1] 8 Tabel 4.1 Diaphgram Drift Final..30 Tabel 5.2.1 Perhitungan Pu Balok...183 Tabel 5.2.2 Perhitungan Vux Balok...189 Tabel 5.2.3 Perhitungan Vuy Balok...195 Tabel 5.2.4 Perhitungan Mux Balok...201 Tabel 5.2.5 Perhitungan Muy Balok...206 Tabel 5.2.6 Perhitungan Pu kolom...211 Tabel 5.2.7 Perhitungan Vux kolom...213 Tabel 5.2.8 Perhitungan Vuy kolom...215 Tabel 5.2.9 Perhitungan Mux kolom...217 Tabel 5.2.10 Perhitungan Muy kolom..219 Tabel 5.2.11 Output Balok As 3...221 Tabel 5.2.12 Output kolom As 3...222 Tabel 5.13 Rasio Persamaan Interaksi Momen Lentur dan Gaya Aksial (Demand/Capacity Ratio) dan Rasio Tegangan (Stress Ratio)..223 Tabel 5.14 Kapasitas Rasio Momen Kolom terhadap Momen Balok Arah Sumbu Major dan Arah Sumbu Minor...223 Tabel 5.15 Tebal Doubler Plate......224 xvi
DAFTAR GAMBAR Halaman gambar 2.1 Wilayah Gempa Indonesia dengan percepatan puncak batuan dasar dengan perioda ulang 500 tahun [1] 7 gambar 2.2 Respons spektrum gempa rencana [1]..9 gambar 3.1 Doubler Plate.. 22 gambar 3.2 Diagram Alir Kapasitas Momen (1/2)...24 gambar 3.3 Diagram Alir Kapasitas Momen (2/2) 25 gambar 3.4 Diagram Alir Kapasitas Geser... 26 gambar 3.5 Diagram Alir Kapasitas Aksial..27 gambar 4.1 Floor Deck....31 gambar 4.2 Denah lantai 31 gambar 4.3 Tampak samping 32 gambar 4.4 Tampak 3D..32 gambar5.1 Denah Portal Pada As 3 38 xiv
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Print out ETABS 228 xv
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN A g = adalah luas penampang bruto kolom, mm 2 A m A o = Percepatan respons maksimum = Percepatan Muka Tanah A w a C d d c Dead d n DSTLn E F y ƒ yc f h r I I 1 = Luas total pelat badan = d T w = jarak pengaku pelat badan = Faktor Respons Gempa = tinggi daerah panel di antara pelat terusan, mm = Tinggi profil kolom, mm = Beban mati = Tinggi profil balok.mm = Design Steel ke n = Elastisitas baja, MPa = Tegangang leleh baja, MPa = adalah tegangan leleh penampang kolom, MPa = Faktor skala = Tebal dek, mm = Faktor Keutamaan = Faktor Keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan dengan penyesuaian probabilitas terjadinya gempa itu selama umur gedung x
I 2 = Faktor Keutamaan untuk menyesuaikan perioda ulang gempa berkaitan dengan penyesuaian umur gedung tersebut. Faktor faktor Keutamaan I 1, I 2 dan I ditetapkan menurut tabel 2.1 K n = 5+5/(a/h) 2 = 5 jika tak ada pengaku Live M p = Beban hidup = momen plastis, Nmm M = adalah jumlah momen-momen kolom di bawah dan di atas pc sambungan pada pertemuan antara as kolom dan as balok M = adalah jumlah momen-momen balok-balok pada pertemuan as pb balok dan as kolom M uxn = Momen terfaktor pada balok ke-n, balok yang menempel pada pertemuan as balok dan as kolom N uc = adalah gaya aksial tekan terfaktor pada kolom, N adalah modulus plastis penampang kolom, mm 3 R R v SDL SNI S r = faktor reduksi gempa = gaya geser nominal pada pertemuan as balok dan as kolom = Beban mati tambahan = Standar Nasional Indonesia = Jarak antar rusuk, mm t = adalah tebal pelat badan penampang kolom atau pelat pengganda pada daerah panel, mm T c t c = Waktu getar alami sudut = Tebal pelat, mm xi
t dp t fn t r T w t w V V 1 = Tebal Doubler plate, mm = Tebal sayap balok, mm = tebal badan kolom minimal, mm = tebal pelat badan, mm = Tebal badan kolom yang digunakan, mm = gaya geser dasar nominal = gaya geser dasar nominal sebagai respons dinamik ragam yang pertama saja Vt = gaya geser dasar nominal yang didapat dari hasil analisis ragam spektrum respons yang telah dilakukan. V p V ua w : w r = Gaya geser pada pertemuan as balok dan as kolom = Gaya geser kolom yang ada diatas kolom yang dihitung = adalah lebar daerah panel di antara kedua sayap kolom, mm = Lebar rusuk dek, mm Daftar Notasi dan Singkatan pada MATHCAD A g = Luas penampang profil baja, mm 2 b f d E s F y F r = Lebar Sayap profil baja, mm = Tebal profil baja, mm = Elastisitas baja, MPa = Tegangan leleh baja, MPa = Tegangan sisa, MPa I x = Momen inersia arah sumbu x, mm 4 I y = Momen inersia arah sumbu y, mm 4 xii
L b M p ФM nx ФM ny M ux M uy ФP n P u t f t w ФV nx ФV nx V ux V uy = Bentang tak tertumpu, mm = Momen Plastis, Nmm = Momen nominal arah sumbu x, Nmm = Momen nominal arah sumbu y, Nmm = Momen terfaktor arah sumbu x, Nmm = Momen terfaktor arah sumbu y Nmm = Gaya aksial nominal, N = Gaya aksial terfaktor, N = tebal sayap profil baja, mm = tebal badan profil baja, mm = Gaya geser nominal arah sumbu x, N = Gaya geser nominal arah sumbu x, N = Gaya geser terfaktor arah sumbu x, N = Gaya geser terfaktor arah sumbu y, N Z x = Modulus plastis arah sumbu x, mm 3 Z y = Modulus plastis arah sumbu y, mm 3 xiii